CN102655032A - 电流导体 - Google Patents

Abstract

一种改进的汇流条已经得以研制用于电流传导。特别地，它的横截面(10)已经设计以限制传输给定的额定电流所必需的材料的数量。材料主要位于与包含连接凹槽(22)和接触轨道(20)的表面相同的侧上。这种类型的外形的使用使得能够对于相同的横截面，通过焦耳效应的损失得以减少，以及铝能够得以使用，例如用于强的安培。该解决方案使得能够快速直立和电连接，且该解决方案适合用于高安培和/或三相电流。

Description

电流导体

技术领域

本发明涉及汇流条(bar)类型的电流导体，一组不同电流导体以及电流导体的布置。它也涉及用于容纳包括至少一个该电流导体的电力供给和/或配电装备的机柜。

背景技术

当电流高时，用于电流传导的最普遍的解决方法在于使用具有根据额定电流确定横截面的扁铜汇流条。这些汇流条可能非常重且难于操作。一种优化在于使汇流条或者并置的汇流条的中心为空以形成管状类型或者折叠的铜截面的汇流条。

支撑件被进一步安装至汇流条的横截面以保证它们在机柜后部的适当位置。文献EP0681355因此说明了一种设备，其使得以汇流排形式的或者细长的截面的几种电流导体能够得以容纳，使得在竖直方向上的导体的精确位置。该设备适于不同导体横截面，其代表了适合用于低电压电流传导至1600A的电流等级的范围。该解决方法存在便于与线侧(line-side)或者负载侧(load-side)设备电连接的优点。

特别对于高等级，看起来用于这些配置所必需的铜的数量是大的，导致了电流导体的大的重量，最重要的是高成本。当然已经设想用铝来替换铜，但是电气工程限制了该解决方法，其然而不能够获得该宽范围的汇流排且需要修改在机柜中的固定支撑件。

发明内容

本发明的目的因此提出一种用于电流传导的改进的解决方法，其不存在所有或者部分的现有技术缺陷。更精确地，本发明的目的是提出一种用于电流传导的优化的解决方法，使得快速组装和电连接，其适合用于高安培电流和/或三相电流。该类型的外形的使用使得对于相等的横截面，通过焦耳效应的损失能够减少。

为了这个目的，本发明涉及纵向电导体，其横截面内接在矩形中，所述导体具有直角的平行六面体形状的外包络。导体优选由铝制作，特别的作阳极化处理的铝，且形成单个部件。导体包括在它的外包络内部的凹槽，凹槽在导体的长度上延伸，凹槽的外包络使得在导体长度上延伸的弯曲表面能够被限定。与长度正交的横断面与导体的整个横截面形成弯曲线，其连接形成所述横截面的外包络的矩形的两个邻近角。导体因此包括第一主要部分和互补的第二部分，第二部分包括凹槽并提供少于40％的电流导体的传导材料，以使得第一部分的横截面的外包络由矩形的三条边和弯曲线形成，第二部分的横截面的外包络由矩形的第四边，优选大的边和所述弯曲线形成。凹槽因此不以对称方式布置在导体中。

为了机械地加强导体，优选对于第二部分在两个相邻角之间通过基本上线性的带闭合，带可以通过支架从它的中心区域连接至导体的主要部分。由带形成的导体的外表面可以包括用于冷却导体的鳍状件以及扁平表面，其作为支撑表面用于导体的相对表面的机械磨制。

有利地，分离第一和第二部分的表面是凹面。进一步优选对于导体是连续的，即，对于导体的横截面是恒定的，具有可重叠的横断面的弧线，无论所涉及的导体的横截面是什么。

优选地，无论所涉及的横截面是什么，各自包括矩形的其中一个相邻角的两个相对表面设置有齿，齿设计用于在配电柜的绝缘支撑件中固定。为了提高它的冷却，导体可以在它的外表面上包括鳍状件。

根据本发明的电导体在它的主要部分包括围绕连接凹槽的接触轨道。当导体由铝制成时，接触轨道可以覆盖有铜，在这种情况中，导体优选包括围绕接触轨道布置的凹槽以当在接触轨道上执行铜析出操作时能够定位遮蔽罩。

本发明也涉及包括其全部存在相同的连接凹槽的至少几个不同横截面导体的一组导体。

根据另一特征，本发明涉及通过至少一个连接装置机械和电连接的至少两个导体的布置，连接装置包括设计以与导体的凹槽结合的孔，用于固定螺钉或者螺栓类型的装置。包括所述固定装置的连接装置可以包括定位销。

最后，本发明涉及配电柜，其包括有利地以平行且以偏移台阶方式布置的多个导体，以及支撑至少其中一个所述导体的绝缘支撑件。

附图说明

本发明的这些目标、特征和优点将在用于非限制性目的仅关于附图所给出的特别实施例的接下来说明的细节中陈述，在附图中：

图1表示了根据本发明的实施例的电流导体的横截面。

图2A表示了在矩形横截面的电流导体的横截面内的电流分布；图2B表示了根据本发明的实施例的电流导体的横截面，其中主要部分被突出；

图3A和3B表示了根据本发明的实施例的一组导体的电流导体的横截面，分别用于低安培数和非常高安培数。

图4A表示了根据本发明的实施例的两个对准的电流导体之间的连接；图4B表示了用于该连接的鱼尾板。

图5A表示了根据本发明的实施例的两个垂直的电流导体之间的连接；图5B示出了适合的装置。

图6A和6B说明了用于固定连接装置的可替换的方法。

具体实施方式

在不同附图中，为了简化和清楚的目的，相同部件使用相同的附图标记。

商用的汇流排支撑件，甚至电气机柜，不适合用于由例如由铝制成的汇流条直接更换现有的铜汇流排，汇流条会需要极大增加的导体横截面。特别在图1中说明的根据本发明的导体外形使得该需求得以满足。

根据本发明的电流导体1是以汇流条的形式，汇流条的平行六面体的外包络在一输入长度上延伸，该输入长度远远大于它的横截面(见图4A、5A)。与它的长度垂直，电流导体1存在横截面10，在横截面10中，可以识别出执行电流传导的主要功能的主要部分12，其与相邻的第二部分14互补(见图2B)。该传导第一主要部分12存在正交横截面，其由导体的横截面10的外包络的矩形的三条边并由弧线16限定。弧线16或者更通常的，由该线16在导体1的长度上所产生的弧形表面由一组在导体1的长度上穿过导体1的外包络的纵向凹槽18限定。有利地，切割第一和第二部分12、14之间的分离表面的平行六面体的两边缘限定了所述平行六面体的大的面。

根据本发明的导体1因此包括截断矩形的凹表面，在矩形中，内接导体1的真实的横截面10。它在矩形的横截面10的两个相邻的角之间延伸，形成向内的曲线，以使得在它的中心出现最小厚度，大约矩形横截面10的宽度的三分之一。分开的表面优选在它的两个端部之间呈现大致规则和对称的形状，该曲线16形成圆弧或者椭圆的一部分。有利地，无论它沿着导体1的位置，横截面10相同和可重合的。

发明人实际查明在矩形形状的导体1中的电流流动不使用整个横截面。两个现象说明此：在横截面10的周围处由更高的电流表示的趋肤效应以及由于由在导体1的一侧上的电流的极化表示的三(或四)个邻近的汇流条1之间的三相电流流动的三维效应的邻近相互作用。图2A通过示出在矩形导体横截面中的电流分布，说明了这些现象的结果，电流密度越大颜色越浅。明显的是，电流主要位于矩形横截面的左部分上。本发明使用该特征用于汇流条1的设计，在汇流条1中，导体材料的形状和密度分布类似于电流分布，参见图2B。

导体1的横截面10进一步包括至少两个接触轨道20(或者甚至4个，取决于等级)，轨道作为接触表面，其围绕布置在导体1的主要部分12的扁平表面上的连接凹槽22，与它的弧形表面16相对。连接凹槽22呈现出T形横截面，其当执行电连接时，作为用于螺钉或者其它固定装置的容纳处，将在下面详细描述。倾斜大约45°且具有2mm的宽度的两个小凹槽24布置在接触轨道20的每一侧上。它们起到能够插入机械金属盘形式的遮蔽罩的作用，当且如果在接触轨道20上执行铜析出操作时，遮蔽物用于保护剩余部分，而同时作为阻止铜粒子的陷阱(chicane)。

导体1的横截面10进一步包括锯齿形的齿26，其具有宽度在5和10mm之间，位于第一部分12的两个相对平行表面上，对应于横截面10的宽度且每个包括邻近的角。这些齿26具有便于将导体1安装和固定在电气机柜中的功能。它们设计为与用于接纳导体1的绝缘支撑件100的对应的锯齿状突起接合。齿26的形状和尺寸优选对应于绝缘支撑件100的尺寸，绝缘支撑件100传统地用于电气机柜中以能够安装根据本发明的导体1，代替或者取代了现有的铜导体。

导体1的横截面的第二部分14可以优选地，以及特别地用于高等级，包括基本上线性薄带30，其闭合了在其中内接导体1的横截面10的矩形。它因此呈现出带有凹槽22的主要部分12的表面的相对表面。带30的中心部分与主要部分12的弧线16通过以小厚度的弧形薄带的形式的支架32连接。在这些构件30、32之间，导体1的第二部分14的横截面是主要打开的，锯齿形的，以使得包括很少的材料。它因此对应于纵向穿过导体1的凹槽18。这种类型的闭合的中空外形提供了这些应力的惯量(inertia)的最优动量(moment)。包含第二部分14的构件也提供必需的强度以经受在短路时的机械应力。

导体1的由薄带30形成的外表面包括鳍状件34，其执行增加导体1的热交换表面和改进导体1的冷却的功能。可替换地(图3A)，鳍状件可以直接位于弧线16上。鳍状件也可以配合在第一部分12上，与带30相对的表面上。有利地，当实施主要部分12的相对扁平表面的诸如磨或者机加工的机械操作时，在导体1的窄带30的中心区中的扁平外表面36作为放置和支撑导体1的支撑表面，其例子将进一步说明。当这些机械操作执行时，支架32执行提供整个导体的机械强度的补充功能。

最后，导体的横截面10包括用于视觉识别目的的小凹槽38。它事实上是有利的，针对导体1的等级，对于导体的外表面其给定高度是相同的(那么凹槽18的尺寸是不同)。因此凹槽38使导体1的等级易于识别而不用任何其它区别装置。为此，每种类型的导体包括不同数目的凹槽。作为补充，导体1可以包括在导体1的长度上重复几次的标记，其节距被选择为甚至在切割导体1的最小长度上保持可视，特别在第一部分的表面上。该标记使得该部分的电流等级得以指示和/或任何其它有用的指示得以给出。

根据本发明的实施例，导体1的横截面10可以被包括在具有高度在60mm和200mm之间且宽度在20至30mm的矩形中，以实现630至4000A的电流传导。该导体1，由于根据本发明限定的外形，具有足够好的性能以完全或者部分由铝制造，其呈现出轻重量的优点，有利于操作和组装的工效学，低成本。作为变型，导体可以包括一部分铜，或者完全由铜制成。

在选择铝的情况下，通过阳极电镀的表面处理，例如具有15μm的厚度，被有利地执行以为了获得抵抗腐蚀的保护层以及提高热发射率。此外，接触轨道20由一层小厚度的铜覆盖，例如在40至120μm之间，在后者的阳极电镀之后由热金属的嬗变(thermal projection)析出，已经通过研磨得以消除，如果执行阳极电镀。为了执行这些操作，使用小凹槽24和扁平表面平面36，如前述所提到的。

本发明本质上不限于所表示的形式且导体可以提供除了前述说明的那些之外的其它横截面，然而，具有与从导体1的截面10的传导材料的50至80％的主要部分连接的主要传导部分12，以及存在至少一个弧形，有利地凹槽，表面，凹槽18的形状和尺寸，鳍状件34的存在和数量，支架32等可能不同，参见图3。

本发明也涉及一组导体以为了覆盖在宽电流范围，从630至4000A上的电流分布。为了这些电流的极端值，这组导体可以包括不具有关于本发明的实施例所说明的形状的构件，所述实施例在覆盖一部分范围的特定尺寸下使用。该组导体可以因此包括简化横截面的导体，如图3A中所表示的，用于最弱的电流，以及大尺寸和大横截面的导体，如图3B中所表示的，用于最强的电流。然而，该组的所有导体1包括相同尺寸以执行标准化连接的接触轨道20和连接凹槽22。此外，根据有利的实施例，它们都包括小凹槽24，在相对表面上的鳍状件34，以及用于在配电柜中组装的连接齿26。

在前述中说明的导体因此适合用于电流分配的配电柜，诸如在前述中出现的文献EP0681355中描述的。该机柜可以因此包括定位在水平或者竖直方向的细长形汇流条形式的几个导体。应该指出的是，在水平方向，导体可以在两个不同方向使用，该两个方向包括面朝上或者朝下定位连接凹槽22。

在它们定位在配电柜中，导体1的齿26与适合的绝缘支撑件100的绝缘锯齿状突起102结合，绝缘支撑件100设计为借助于可能的额外薄垫片容纳不同形式的导体1。该机柜接着包括在水平或者竖直方向的几个平行布置的导体1，以有利地偏移的方式布置，以形成台阶结构。有利地，根据本发明的实施例的导体1保持适合安装在可以容纳具有5或10mm宽度的扁平的标准铜汇流条的标准的机柜中。

此外，根据本实施例的导体可以易于连接至另一个导体。图4A和4B说明为了该目的，通过机械和电连接装置200，两个对准的导体1，1’的连接，在此鱼尾板尺寸确定成符合在配电柜中施加在导体1上的电、机械和热应力。

如在前述中所述的，两个对准的水平导体1，1’通过鱼尾板200彼此端部连接，鱼尾板200提供适合的尺寸用于给定的导体1。对于一组导体，一组对应的鱼尾板也会被提供。为了增加鱼尾板200的精确定位以及为了获得最优电接触，每个鱼尾板200包括在其中心部分的定位销202，使得鱼尾板200与每个导体1，1’的接触表面，更准确地说与它们的接触轨道20的接触表面相等分布。此外，鱼尾板200在每个导体1，1’上的固定通过两个螺钉204两次获得，螺钉204的头以受约束的方式定位在导体1的凹槽22中，且能够使其平移运动直至获得正确的最终定位。每个螺钉或者螺栓204穿过鱼尾板200的孔206，以使得螺母可以与突出向外的螺纹杆的螺纹部分配合来执行将鱼尾板200固定在导体1上。这些螺钉204执行机械固定，同时提供导体1和鱼尾板200之间的电连接。每个鱼尾板200进一步包括在端部上的定位销208，该销在组装时，通过便于重叠定位孔206和连接凹槽22，提供帮助。

以类似的方式，图5A和5B表示了在垂直方向布置的两个导体1，1’的连接。该连接通过另一个连接装置210得以实现，连接装置210包括一方面，用于固定水平导体1的至少一个水平孔212，另一方面，用于固定竖直导体1’的至少一个竖直孔214。每个导体1，1’如前所解释的通过两个螺钉204连接至连接装置210。

可以指出的是，在图5B中表示的连接装置210包括两个水平孔212，这是由于导体1的连接凹槽22可以位于顶部或者底部。在所表示的例子中，它位于底部，底部水平孔212用于连接。同样，它包括两个竖直孔214以适于竖直导体1’的两个可能方向。

可以指出的是图4A和5A说明了配电柜的一部分，其如前所述示出了与几个导体1’通过鱼尾板200，200’连接的几个平行导体1，仅其中一个在图中可见。所有这些导体1，1’的顶和底表面通过绝缘支撑件100进一步固定，绝缘支撑件100包括与导体的齿26对应形状的齿102，如前所述。

如在前述中说明的两个连接装置200、210优选由铜制成，并且存在与导体1，1’足够的接触表面以保证电流流动。

在替换形式中，以及特别用于1600、2500、3200和4000A类型的最高电流等级，汇流条1(竖直或者水平)和连接装置201、210(铜部分)之间的连接通过小的钢板220进行，在钢板220上，固定两个适合长度的螺栓222。这些钢板220滑动进入截面1的凹槽22中。在水平导体中，钢板220可以在截面的整个长度上滑动，但是对于竖直导体，钢板220有利地滑动至截面的端部且借助于止挡部224被楔入，以使得保持在竖直截面的顶部，在那里链路的连接得以进行。

螺栓222延伸超过截面1且穿过连接部件200、210。通过螺母螺接在螺栓222上执行固定。作为螺钉头的板220，因此提供在凹槽22中的更好的抓紧。它的接触表面比螺钉的锤头类型的头部大了非常多，当电动态压力产生时，具有非常大的强度，该连接的电机械性能因此提高。此外，安装工的工作通过螺栓222从在前表面上的凹槽22突出且螺栓222在安装前作为板220的位置的帮助调整的抓紧部分的事实更容易进行。

根据本发明的导体1的设计因此提供了优化的电流传导解决方法，使得快速架起且电连接，适合用于高安培和/或三相电流。这种类型的外形的使用使得对于相等的横截面，由焦耳效应的损失减少。该特征使得可以使用铝，例如取代铜而保持相似的外壳横截面。本发明使得配电系统能够从这些导体得以设计。该系统接着包括水平和竖直的导体和连接部件。所要求的性能是由于因此形成该系统的这些不同构件的组合。

Claims (15)

1.一种内接在平行六面体外包络中的电导体(1)，包括在所述导体(1)的所述外壳内部的凹槽(18)，所述凹槽在所述导体(1)的长度上延伸，其特征在于：所述凹槽(18)的所述外包络使得在所述导体(1)长度上延伸的弧形表面能够被限定，与长度正交的所述弧形表面与所述导体(1)的整个横截面(10)相交形成曲线(16)，其连接形成所述横截面(10)的外包络的矩形的两个邻近角以使得所述导体(1)包括第一主要部分(12)和第二互补部分(14)，所述第一部分(12)的横截面的外包络由所述矩形的三条边和所述曲线(16)形成，所述第二部分(14)的横截面的外包络由所述矩形的第四条边和所述曲线(16)形成，所述凹槽(18)位于所述第二部分(14)中。

2.根据权利要求1所述的电导体，其中：分离所述第一和第二部分(12、14)的表面是凹面，所述表面与所有所述正交的导体截面(10)相交形成的所述曲线(16)是可重叠的。

3.根据权利要求1或2所述的电导体，其中：所述导体(1)的所述主要部分(12)包括至少60％的所述导体的所述传导材料。

4.根据前述权利要求的任何其中一项所述的电导体，其中：所述第一和第二部分(12、14)是整体的且由铝制成。

5.根据前述权利要求的任何其中一项所述的电导体，其中：无论所述横截面(10)是什么，各自包括所述矩形的其中一个相邻角的两个相对表面设置有齿(26)，所述齿(26)设计用于在配电柜的绝缘支撑件(100)中固定。

6.根据前述权利要求的任何其中一项所述的电导体，包括在它的外表面上的鳍状件(34)以提高它的冷却。

7.根据前述权利要求的任何其中一项所述的电导体，其中：所述第二部分(14)的每个截面包括闭合由所述两个相邻角限定的所述边的基本上线性的带(30)，其从它的中心区通过支架(32)连接至所述主要部分(12)。

8.根据权利要求7所述的电导体，其中：所述带(30)包括用于冷却导体的鳍状件(34)和作为支撑表面以用于所述导体(1)的相对表面的机械磨制的扁平表面(36)。

9.根据前述权利要求的任何其中一项所述的电导体，其中：所述主要部分(12)包括围绕连接凹槽(22)的接触轨道(20)。

10.根据权利要求9所述的电导体，其中：所述导体(1)由铝制成时，优选地作阳极化处理的铝，所述接触轨道(20)覆盖有铜，所述导体(1)包括围绕所述接触轨道(20)布置的凹槽(24)以当在所述接触轨道(20)上执行铜析出操作时能够定位遮蔽罩。

11.一组导体，包括至少一个第一根据权利要求9或10所述的导体(1)和至少一个不同横截面的导体，所述组导体的所有导体存在相同的连接凹槽(22)。

12.至少两个根据权利要求9或10所述的电导体(1、1’)的布置，其特征在于：所述两个导体(1、1’)通过至少一个连接装置(200、210)机械地和电地连接，所述连接装置(200、210)包括孔(202、212、214)，其通过穿过所述孔和其中一个所述导体(1、1’)的凹槽(22)的装置(204、222)固定。

13.根据权利要求12所述的电导体(1、1’)的布置，其中：所述连接装置(200)包括定位销(206、208)。

14.一种配电柜，包括根据权利要求1至10中任一项所述的多个导体或者根据权利要求12至13中任一项所述的导体的布置，以及支撑至少其中一个所述导体(1)的绝缘支撑件(100)。

15.根据权利要求14所述的配电柜，其中：导体(1)以平行，以偏移的方式布置以形成台阶结构。

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